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一步一腳印挺進 海翼號“滑翔”深海創紀錄

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海翼號及其研制團隊

海翼號水下滑翔機

日前,地球上最深的地方、西太平洋馬里亞納海溝見證了一個新的世界紀錄的誕生:中國深海滑翔機海翼號完成大深度下潛觀測任務并安全回收,最大深度達到6329米,大大超過美國水下滑翔機曾創造的最大下潛深度6003米的世界紀錄。這標志著中國大洋科考裝備能力實現新跨越。

特殊推進方式造就超長續航能力

圓筒狀修長的身體,前部長著一對翅膀,頭呈圓弧狀,后面拖著長長的天線尾巴。海翼號外表看起來雖然結構簡單,其貌不揚,但是卻有不靠螺旋槳自我驅動的絕活兒。據研制單位中國科學院沈陽自動化研究所副主任俞建成介紹,海翼號作為一種新型水下無人潛航器,無需螺旋槳等推進裝置,運用活塞原理改變自身浮力,實現在海中移動。

具體來說,海翼號裝配有一個類似于魚鰾的油囊和可以前后移動的電池。要下潛時,其“魚鰾”縮小,減小浮力,同時電池自動前移,其頭部就下潛,“翅膀”會產生向前的推力,這樣海翼號就有了水平方向速度。要上浮時,“魚鰾”鼓起,浮力增大,電池自動后移,它就會抬起頭向上滑行。在不斷的下潛上浮過程中實現折線前進,就像海豚一樣在大海保持航向不斷前行。就這樣,海翼號在水下沿著“W”形運動軌跡前進。這種驅動方式只需要在調節電池位置和“魚鰾”的時候耗費少許電能,這也造就了其超長的續航能力。

不僅要潛得深而且要測得好

海翼號是我國自主研制的系列水下滑翔機的統稱,按照不同工作深度和承擔的不同任務,分為300米級、1000米級和7000米級等多種類型。

隨著深度增加,水下滑翔機承受的壓力也增大。因此,像7000米級這種大深度水下滑翔機必須使用特殊抗壓材質,才能一方面減輕其自重,為攜帶電池留出足夠空間,以保障其工作時間和距離,另一方面又能保障其安全對抗超大水壓。實際上,海翼號7000米級滑翔機外殼就由一種輕質碳纖維材料制作而成,不僅保障了自身安全,而且減輕了滑翔機的體重,為攜帶充足的電池量提供了條件,保證了滑翔機潛得更深、跑得更遠。

海翼號水下滑翔機作為大洋科考裝備,還要為搭載傳感器進行大洋科考留出足夠空間。一般情況下,它下水作業時攜帶的傳感器可以測得海水的溫度、鹽度、濁度、葉綠素、含氧量等信息,再通過尾部的天線將收集到的數據傳給衛星。俞建成表示,工作人員可以通過衛星通信實現對水下滑翔機的遠程控制和實時數據獲取;還可以根據需要,實現多臺水下滑翔機協同觀測作業,為海洋科學家的研究提供豐富的數據。

一步一腳印挺進世界新深度

像載人潛器蛟龍號等一樣,中國的海翼號和水下滑翔機技術都是長期自力更生艱苦奮斗的結晶。14年前,中國科學院沈陽自動化研究所開始開展與水下滑翔機相關的基礎研究工作。經過約兩年攻關,科研團隊實現了滑翔機運動與驅動機理、模塊化結構、低阻外形優化等一系列關鍵技術的突破。

從2007年開始,在國家863計劃的支持下,中國科學院沈陽自動化研究所開展了水下滑翔機工程樣機的研制工作,2008年研制成功我國自主知識產權的水下滑翔機工程樣機,其身長2米,直徑0.22米,翼展1.2米,重約65公斤,最大下潛深度1200米。

2009年完成了3次水下滑翔機海上試驗,取得了大量有價值的試驗數據,積累了豐富的水下滑翔機海上作業經驗。2011 年,以“科學一號”科考船為母船,在西太平洋成功進行了水下滑翔機的海上試驗,獲取了十分寶貴的科學數據。

2012年7月,海翼號在南海東沙群島附近海域又成功進行了海試,進一步驗證了系統的穩定性和可靠性,積累了寶貴的水下滑翔機在復雜海流環境下的作業經驗。2014年9月,水下滑翔機長航程試驗完成,總航程超過1020公里,持續30天,創下中國深海滑翔機海上作業航程最遠、作業時間最長紀錄。

2015年開始,海翼號交付用戶,成為海洋科學家進行海洋觀測的一種重要手段,先后在東海、南海和西太平洋等海域完成了多次海上觀測應用,分別對黑潮主軸、中尺度渦、南海西邊界流等重要海洋動力過程進行觀測。同時,海翼號海試工作同步進行。

2016年7月,海翼號7000米水下滑翔機在中國第一次綜合性萬米深淵科考即“探索一號”船TS01-01航次中成功試驗與應用,下潛深度兩次突破5000米,最大下潛深度達到5751米,成為我國首臺下潛深度超過5000米的水下滑翔機。

今年3月,海翼號水下滑翔機在馬里亞納海溝挑戰者深淵,完成大深度下潛觀測任務并安全回收,最大下潛深度達到6329米,刷新了水下滑翔機最大下潛深度的世界紀錄。實驗過程中,海翼號狀態良好,顯示出在復雜海流及惡劣海況下良好的航向保持和數據交互能力。這次試驗的結果將有助于對海翼號進行更大下潛深度的提升和改進。

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責任編輯: 閆月

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